Los astrónomos miden la masa de una enana blanca y demuestran que Einstein tenía razón ... otra vez
Ha pasado más de un siglo desde que Einstein propuso por primera vez su Teoría de la relatividad general , su propuesta innovadora sobre cómo funciona la gravedad a gran escala en todo el cosmos. Y, sin embargo, después de todo ese tiempo, todavía se están realizando experimentos que muestran que las ecuaciones de campo de Einstein estaban en lo cierto. Y en algunos casos, los experimentos antiguos están encontrando nuevos usos, lo que ayuda a los astrónomos a descubrir otros misterios astronómicos.
Caso en cuestión: utilizando el telescopio espacial Hubble, los astrónomos de la NASA han repitió una prueba centenaria de la Relatividad General para determinar la masa de una estrella enana blanca. En el pasado, esta prueba se utilizó para determinar cómo desvía la luz de una estrella de fondo. En este caso, se utilizó para proporcionar nuevos conocimientos sobre las teorías sobre la estructura y composición de los restos quemados de una estrella.
Las enanas blancas son lo que pasa con una estrella después de que ha salido de la secuencia principal de su vida útil después de agotar su combustible nuclear. A esto le sigue la estrella que expulsa la mayor parte de su material exterior, generalmente a través de una explosión masiva (también conocida como supernova). Lo que queda atrás es una pequeña y extremadamente densa (solo superada por una estrella de neutrones) que ejerce una fuerza gravitacional increíble.
Ilustración que muestra cómo la gravedad de una estrella enana blanca deforma el espacio y dobla la luz de una estrella distante detrás de él. Créditos: NASA, ESA y A. Feild (STScI)
Este atributo es lo que hace que las enanas blancas sean un buen medio para probar la relatividad general. Al medir cuánto desvían la luz de una estrella de fondo, los astrónomos pueden ver el efecto que tiene la gravedad en la curvatura del espacio-tiempo. Esto es precisamente similar a lo que hizo el astrónomo británico Sir Arthur Eddington en 1919, cuando dirigió una expedición para determinar cuánto desviaba la gravedad del Sol la luz de una estrella de fondo durante un eclipse solar.
Este mismo experimento, conocido como microlente gravitacional, fue repetido por el equipo de la NASA. Utilizando el telescopio espacial Hubble , observaron Stein 2051B, una enana blanca ubicada a solo 17 años luz de la Tierra, en siete ocasiones diferentes durante un período de dos años. Durante este período, pasó frente a una estrella de fondo ubicada a unos 5000 años luz de distancia, lo que produjo una desviación visible en el camino de la luz de la estrella.
La desviación resultante fue increíblemente pequeña, solo 2 miliamperios de su posición real, y solo fue discernible gracias a la resolución óptica de Cámara de campo amplio 3 del Hubble (WFC3). Tal desviación hubiera sido imposible de detectar usando instrumentos anteriores al Hubble. Y lo que es más importante, los resultados fueron consistentes con lo que predijo Einstein hace un siglo.
Como Kailash Sahu, un astrónomo en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) y el investigador principal del proyecto, explicaron en un comunicado de prensa de la NASA, este método también es una forma eficaz de probar la masa de una estrella. 'Este método de microlente es una forma muy independiente y directa de determinar la masa de una estrella', dijo. 'Es como colocar la estrella en una escala: la desviación es análoga al movimiento de la aguja en la escala'.
Animación que muestra la estrella enana blanca Stein 2051B cuando pasa frente a una estrella distante de fondo. Crédito: NASA
La medición de la desviación arrojó resultados altamente precisos sobre la masa de la estrella enana blanca, aproximadamente el 68 por ciento de la masa del Sol (también conocida como 0,68 masas solares), que también fue consistente con las predicciones teóricas. Esto es muy significativo, ya que abre la puerta a un método nuevo e interesante para determinar la masa de estrellas distantes que no tienen compañeras.
En el pasado, los astrónomos normalmente determinaban la masa de las estrellas observando pares binarios y calculando sus movimientos orbitales. De la misma manera que mediciones de velocidad radial son utilizados por los astrónomos para determinar si un planeta tiene un sistema de exoplanetas, la medición de la influencia que tienen dos estrellas entre sí se utiliza para determinar cuánta masa posee cada una.
Así fue como los astrónomos determinaron la masa del sistema estelar de Sirio, que se encuentra a unos 8,6 años luz de la Tierra. Este sistema estelar binario consta de una supergigante blanca (Sirio A) y una compañera enana blanca (Sirio B) que se orbitan entre sí con una velocidad radial de 5,5 km / s. Estas medidas ayudaron a los astrónomos a determinar que Sirio A tiene una masa de aproximadamente 2,02 masas solares, mientras que Sirio B pesa 0,978 masas solares.
Y aunque Stein 2051B tiene una compañera (una enana roja brillante), los astrónomos no pueden medir con precisión su masa porque las estrellas están demasiado separadas, al menos 8 mil millones de kilómetros (5 mil millones de millas). Por lo tanto, este método podría usarse en el futuro donde las estrellas compañeras no estén disponibles o estén demasiado distantes. Las observaciones del Hubble también ayudaron al equipo a verificar de forma independiente la teoría de que el radio de una enana blanca puede determinarse por su masa.
Impresión artística del par binario formado por una estrella enana blanca en órbita alrededor de Sirio (una supergigante blanca). Crédito: NASA, ESA y G. Bacon (STScI)
Esta teoría fue propuesta por primera vez por Subrahmanyan Chandrasekhar en 1935, el astrónomo indio-americano cuyo trabajo teórico sobre la evolución de las estrellas (y los agujeros negros) le valió el Premio Nobel de Física en 1983. También podrían ayudar a los astrónomos a aprender más sobre los aspectos internos. composición de enanas blancas. Pero incluso con un instrumento tan sofisticado como el WFC3, obtener estas mediciones no estuvo exento de dificultades.
Como explicó Jay Anderson, un astrónomo del STScI que dirigió el análisis para medir con precisión las posiciones de las estrellas en las imágenes del Hubble:
“Stein 2051B parece 400 veces más brillante que la estrella de fondo distante. Por lo tanto, medir la desviación extremadamente pequeña es como tratar de ver una luciérnaga moverse junto a una bombilla. El movimiento del insecto es muy pequeño y el brillo de la bombilla hace que sea difícil ver al insecto moverse '.
El Dr. Sahu presentó los hallazgos de su equipo ayer (7 de junio) en el Sociedad Astronómica Estadounidense reunión en Austin, Texas. El resultado del equipo también aparecerá en la revista.Cienciasel 9 de junio. Y en el futuro, los investigadores planean usar Hubble para realizar un estudio de microlente similar en Proxima Centauri, el vecino estelar más cercano de nuestro sistema solar y hogar del exoplaneta más cercano a la Tierra (Proxima b).
Es importante señalar que este no es de ninguna manera el único experimento moderno que ha validado las teorías de Einstein. En los últimos años, la Relatividad General ha sido confirmada a través de observaciones de púlsares que giran rápidamente , Simulaciones 3D de evolución cósmica , y (lo más importante) el descubrimiento de ondas gravitacionales . ¡Incluso muerto, Einstein sigue haciendo valiosas contribuciones a la astrofísica!
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